第七章微生物中的轉(zhuǎn)座因子

轉(zhuǎn)座因子（transposableelement）是一類廣泛存在于細(xì)菌、病毒和真核生物DNA分子中一段可自主改變自身座位的DNA片段，它可以在同一細(xì)胞內(nèi)DNA復(fù)制子間轉(zhuǎn)移，也可以在一個(gè)復(fù)制子內(nèi)部轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)座因子的共同特征是：插入寄主DNA后，導(dǎo)致基因失活；插入時(shí)在靶DNA位點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)短的正向重復(fù)順序。第一節(jié)細(xì)菌轉(zhuǎn)座因子的類型和結(jié)構(gòu)

細(xì)菌轉(zhuǎn)座因子分為四個(gè)類型：插入序列（insertionsequenceIS）轉(zhuǎn)座子（transposon

Tn）

接合型轉(zhuǎn)座子

轉(zhuǎn)座噬菌體（Mu）一、插入序列插入序列也稱IS因子，它是最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)座因子。插入序列長(zhǎng)度/bp反向重復(fù)序列長(zhǎng)度/bp靶位點(diǎn)長(zhǎng)度/bp在染色體中的拷貝數(shù)IS1768239或86-10IS213274154-13IS31400383-45-6IS414281811或121-2IS5119516411-12插入序列的結(jié)構(gòu)有以下3個(gè)特點(diǎn)：兩端含有長(zhǎng)度為10～40bp反向重復(fù)序列含有一個(gè)編碼轉(zhuǎn)座酶的長(zhǎng)編碼區(qū)兩側(cè)有一對(duì)正向重復(fù)序列(directrepeatsequence，DR)，長(zhǎng)度一般為3-9bp。二、細(xì)菌轉(zhuǎn)座子

帶有抗性基因并能在不同的DNA分子之間移動(dòng)的遺傳單位叫做細(xì)菌轉(zhuǎn)座子(bacterialtransposon，Tn)。細(xì)菌抗藥性轉(zhuǎn)座子一般可分為兩類：復(fù)合轉(zhuǎn)座子(compositetransposon)復(fù)雜轉(zhuǎn)座子(complextransposon)

1.復(fù)合轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座子長(zhǎng)度kb遺傳標(biāo)記末端特征末端兩IS排向IS關(guān)系IS功能來(lái)源Tn109.3TetRIS10RIS10L反向2.5%差異完整功能功能減弱G-細(xì)菌Tn55.7KanRIS50RIS50L反向1bp差異完整功能無(wú)功能G-細(xì)菌Tn9033.1KanRIS903反向相同都有功能G-細(xì)菌Tn92.5CamRIS1同向相同都有功能G-細(xì)菌Tn16812.08胞外腸毒素IS1反向相同都有功能G-細(xì)菌復(fù)雜轉(zhuǎn)座子的長(zhǎng)度約5000bp，它的兩端是長(zhǎng)度為30-40bp的末端反向重復(fù)序列(IR)或正向重復(fù)序列(DR)，中央是轉(zhuǎn)座酶基因和抗藥性基因。2.復(fù)雜轉(zhuǎn)座子(TnA轉(zhuǎn)座子)Tn3res轉(zhuǎn)座酶IRIR解離酶AmpIRIR轉(zhuǎn)座酶解離酶resMerTn501IRIR轉(zhuǎn)座酶解離酶resSulStrTn21轉(zhuǎn)座子長(zhǎng)度/bp遺傳標(biāo)記末端反向重復(fù)/bp兩側(cè)靶點(diǎn)正向重復(fù)/bp來(lái)源Tn15000Amp385假單胞菌Tn34957Amp385沙門氏菌Tn2119600Mer

Str

Sul385志賀菌Tn5018200Hg385假單胞菌Tn10005800無(wú)375大腸桿菌Tn5515300Em355金萄球菌Tn44304200無(wú)385蘇云金菌Tn44516200Cam12不詳莢膜梭菌Tn44566800無(wú)385弗氏鏈霉菌三、細(xì)菌轉(zhuǎn)座子的插入機(jī)制、轉(zhuǎn)座模型轉(zhuǎn)座子不同于噬菌體和質(zhì)粒，它們不是獨(dú)立的復(fù)制子，不能獨(dú)立存在。根據(jù)轉(zhuǎn)座子在轉(zhuǎn)座過(guò)程中是否復(fù)制而分為兩種類型：復(fù)制型轉(zhuǎn)座和非復(fù)制型轉(zhuǎn)座據(jù)轉(zhuǎn)座過(guò)程中是否有共整合體，可分為：剪-貼型轉(zhuǎn)座、保守型轉(zhuǎn)座和復(fù)制型轉(zhuǎn)座1．剪-貼型轉(zhuǎn)座（cutandpastetransponsition）1.轉(zhuǎn)座子和靶DNA在轉(zhuǎn)座酶作用下產(chǎn)生缺口，分別形成兩個(gè)游離末端，以a-h表示2.a與f、g與d連接，剩下b、c、e、h游離端2．復(fù)制型轉(zhuǎn)座子的插入機(jī)制3.以轉(zhuǎn)座子的兩個(gè)游離端（b和c）為引物進(jìn)行DNA復(fù)制4.復(fù)制完成并形成兩個(gè)轉(zhuǎn)座子的共整合體5.兩個(gè)轉(zhuǎn)座子通過(guò)自身攜帶的res位點(diǎn)產(chǎn)生重組，形成兩個(gè)獨(dú)立的復(fù)制子，每個(gè)復(fù)制子上都含有一個(gè)拷貝的轉(zhuǎn)座子。

在復(fù)制型轉(zhuǎn)座過(guò)程中，轉(zhuǎn)座子被復(fù)制，一個(gè)拷貝仍保留在原來(lái)的位置上，另一個(gè)拷貝則插入到新的位點(diǎn)上，這種類型的轉(zhuǎn)座伴隨著轉(zhuǎn)座子拷貝數(shù)的增加。在轉(zhuǎn)座過(guò)程中有共整合體的出現(xiàn)。復(fù)制型轉(zhuǎn)座涉及到兩種類型的酶：一種是轉(zhuǎn)座酶，它作用于原位點(diǎn)的轉(zhuǎn)座因子的兩端序列；另一種是解離酶（resolvase），它作用于復(fù)制拷貝的拆分。復(fù)制型轉(zhuǎn)座的特點(diǎn)：3．保守型轉(zhuǎn)座

四、Mu噬菌體的轉(zhuǎn)座

轉(zhuǎn)座噬菌體是具有轉(zhuǎn)座功能的一類可引起突變的溶源性噬菌體。這類噬菌體不論是進(jìn)入裂解循環(huán)還是處于溶源狀態(tài)，均可整合到寄主染色體上。其中研究得較多的是Mu噬菌體。

Mu噬菌體(mutatorphage)，即突變者的意思，不同于一般的溫和噬菌體：MuDNA幾乎可插入到宿主染色體的任何一個(gè)位點(diǎn)上，而一般的溫和噬菌體在宿主染色體上有特定插入位點(diǎn)。Mu噬菌體DNA的兩端沒有黏性末端，它的整合方式不同于λ噬菌體，而類似于轉(zhuǎn)座因子的作用cABCDEHFGITJKLMYNPRSUU’S’宿主DNA整合復(fù)制晚期mRNA合成激活因子頭部和尾部基因可變化末端的宿主DNAlysattLattR1.Mu噬菌體的遺傳圖

C蛋白表達(dá)A蛋白受抑制，維持溶原狀態(tài)MuCts突變，受高溫誘導(dǎo)進(jìn)入裂解循環(huán)A、B蛋白大量表達(dá)，Mu復(fù)制晚期基因表達(dá)包裝酶切割MuDNA包裝50b37kb1kb2.Mu噬菌體的轉(zhuǎn)座及其生活史

五、細(xì)菌接合型轉(zhuǎn)座子

接合型轉(zhuǎn)座的特點(diǎn)是：不具有反向重復(fù)序列，在轉(zhuǎn)座時(shí)不引起靶位點(diǎn)DNA上核苷酸序列產(chǎn)生正向重復(fù)；轉(zhuǎn)座過(guò)程中是通過(guò)“切除-插入”機(jī)制來(lái)完成的；在轉(zhuǎn)移過(guò)程中，會(huì)形成共價(jià)、閉合、環(huán)狀的中間體，在同一細(xì)胞中的不同DNA位點(diǎn)進(jìn)行整合或通過(guò)接合作用進(jìn)入受體細(xì)胞后整合到受體細(xì)胞的DNA上。第二節(jié)細(xì)菌轉(zhuǎn)座因子的遺傳效應(yīng)和應(yīng)用

一、轉(zhuǎn)座因子的遺傳效應(yīng)轉(zhuǎn)座因子能引起許多遺傳變異：1.插入突變由于Tn總是帶有抗藥性基因，所以轉(zhuǎn)座子插入后除能引起基因突變外，還具有轉(zhuǎn)座子帶來(lái)的抗藥性。2.DNA重排(缺失、倒位和擴(kuò)增)abxyzcdabcdx

yz

abcdz

y

x

同源序列配對(duì)重組缺失：abxyzcdabdcx

yz

abzyxcd同源序列配對(duì)重組倒位：abxyzcdxyzabxyzcdz

y

x

同源序列配對(duì)重組擴(kuò)增：3.極性效應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)座因子插入到一個(gè)操縱子的上游基因時(shí)，不僅能破壞被插入的基因，而且也能大大降低位于遠(yuǎn)離啟動(dòng)子一端的基因的表達(dá)。幾乎所有IS的可閱讀框內(nèi)(除IS1外)，都含有依賴于Rho的轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)和終止密碼子，這是造成極性突變的根本原因。隨機(jī)誘變轉(zhuǎn)座子載體應(yīng)具有下面兩個(gè)功能：①能通過(guò)轉(zhuǎn)化或接合作用導(dǎo)入受體菌②在受體菌中不能自我復(fù)制，為自殺型質(zhì)粒載體二、轉(zhuǎn)座子的應(yīng)用

GenomePrimingSystem(NEB)2.定位誘變定位誘變與隨機(jī)誘變的原理類似，但誘變中首先需要將轉(zhuǎn)座子，如Tn5，整合在基因組上。然后將要誘變的目的基因克隆到質(zhì)粒如F質(zhì)粒上。將含有目的基因的F′質(zhì)粒轉(zhuǎn)入基因組已整合有Tn5的大腸桿菌中，再與受體菌雜交進(jìn)行誘變，最后篩選突變型接合子。

F’Tn5(Kan)Δ(lacpro)F’lac+pro+Δ(lacpro)galE

strAXF’Δ(lacpro)galE

strAF’lac+pro+F’Tn5(Kan)Δ(lacpro)F’lac+pro+F’Tn5(Kan)Δ(lacpro)F’lac-pro+死亡死亡生長(zhǎng)第三節(jié)絲狀真菌中的轉(zhuǎn)座因子一、絲狀真菌中的轉(zhuǎn)座現(xiàn)象真菌轉(zhuǎn)座因子的鑒定方法：1.克隆真菌中的重復(fù)序列，然后與其他生物中的已知轉(zhuǎn)座因子進(jìn)行比較來(lái)確定。2.根據(jù)真菌的缺陷型表型來(lái)鑒定轉(zhuǎn)座因子。3.通過(guò)同源雜交，即以別的生物中的轉(zhuǎn)座因子為探針進(jìn)行雜交篩選。4.通過(guò)DNA序列分析。

二、絲狀真菌中轉(zhuǎn)座因子類型

根據(jù)轉(zhuǎn)座機(jī)理，可將絲狀真菌的轉(zhuǎn)座因子分為兩大類：1.類似反轉(zhuǎn)錄病毒的反轉(zhuǎn)座子2.類似于細(xì)菌轉(zhuǎn)座因子的DNA轉(zhuǎn)座子

1.類似反轉(zhuǎn)錄病毒的反轉(zhuǎn)座子根據(jù)反轉(zhuǎn)座子的兩端是否具有類似反轉(zhuǎn)錄病毒的長(zhǎng)末端重復(fù)序列LTR而分為兩種類型：a.LTR-反轉(zhuǎn)座子b.非LTR-反轉(zhuǎn)座子2.DNA轉(zhuǎn)座子結(jié)構(gòu)特征與細(xì)菌轉(zhuǎn)座子類似，兩端具有反向重復(fù)序列，中間有編碼轉(zhuǎn)座酶的ORF，在靶位點(diǎn)兩端形成正向重復(fù)序列。第四節(jié)酵母中的轉(zhuǎn)座